張振偉

（國網(wǎng)內蒙古東部電力有限公司檢修分公司，內蒙古 通遼028000）

0 引言

某特高壓變電站地處高緯度、高海拔地區(qū)，全站大部分的電氣設備為GIS設備或HGIS設備，冬季平均氣溫-32℃，極端最低氣溫可達-39.8℃[1-3]。在溫度極低的情況下若不采取任何措施，SF6氣體就會發(fā)生部分液化，導致SF6氣體濃度降低，滅弧能力減弱[4-9]，此時如果分合開關就有可能發(fā)生設備內部局部放電或擊穿等故障，嚴重時還會造成爆炸[10-13]。為了防止SF6的液化，高寒地區(qū)的特高壓變電站必須投入伴熱帶[14]。伴熱帶可以通過對GIS設備或HGIS設備罐體的加熱，使罐體內的溫度升高，從而避免SF6液化，減少故障的發(fā)生[15]。

伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)對伴熱帶實際工作狀態(tài)的有效監(jiān)測[16-19]。目前部分變電站通過采用電壓互感器來實現(xiàn)對伴熱帶的監(jiān)測[20]，即在伴熱帶兩端并聯(lián)電壓互感器，通過電壓互感器的電壓顯示及指示燈來間接反映伴熱帶的工作狀態(tài)。但是該方法僅能反映伴熱帶兩端是否帶電，不能反映電壓互感器之間伴熱帶的虛接及斷線情況，進而無法有效反映伴熱帶的實際工作狀態(tài)。實際運行中，當伴熱帶回路存在虛接及斷線等情況時，回路中的電流會隨之發(fā)生改變，基于此，本文提出一種通過監(jiān)測伴熱帶回路中的電流來實現(xiàn)對伴熱帶實際工作狀態(tài)進行監(jiān)測的特高壓伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可反映多種故障情況，在故障報警后檢修人員可通過面板告警燈實現(xiàn)就地選相，并及時更換故障伴熱帶，既提高了故障處理速度，又減少了因伴熱帶故障導致罐體內SF6液化的概率。

1 特高壓伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)設計及應用

1.1 系統(tǒng)組成

特高壓伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)采用穿心式電流互感器，在不破壞伴熱帶回路的基礎上，通過感應出的二次電流來驅動電流繼電器。該系統(tǒng)由電流繼電器、電流互感器、溫度控制器、中間繼電器、智能報警裝置、測控裝置、交換機以及監(jiān)控后臺組成。伴熱帶安裝位置見圖1。

圖1 伴熱帶安裝位置

1.2 溫度參數(shù)設置

通過查閱《國網(wǎng)蒙東檢修公司特高壓變電站現(xiàn)場運行專用規(guī)程》[21]（以下簡稱規(guī)程）、咨詢伴熱帶廠家并結合現(xiàn)場實際運行情況，確定了伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)信號回路中溫度控制器的溫度參數(shù)。特高壓變電站內GIS及HGIS開關氣室的額定壓力為0.55 MPa和0.6 MPa，對應的液化溫度約為-30℃和-25℃。為了避免SF6氣體液化，規(guī)程規(guī)定當環(huán)境溫度低于-15℃時伴熱帶投入，當環(huán)境溫度回升至-10℃時伴熱帶退出運行[21]。

伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)回路中溫度控制器的溫度參數(shù)設定為啟動溫度-15℃，停止溫度-10℃。當溫度低于-15℃時，溫度控制器驅動電磁接觸器勵磁，其輔助觸點KC閉合，主觸點閉合導通三相加熱器回路；當溫度高于-10℃時，電磁接觸器KC不勵磁，其輔助觸點KC打開，主觸點打開切斷三相加熱器回路，以實現(xiàn)溫度控制器的自動調節(jié)功能。為了防止加熱器不工作時誤發(fā)信號，將電磁接觸器的輔助觸點串聯(lián)在信號回路中。

1.3 設計方案

1.3.1 方案1

1.3.1.1 工作原理

方案1采用N相電流繼電器的方式（見圖2），即在N相位置設置一個電流繼電器，通過電流繼電器與電磁接觸器的常開輔助觸點串聯(lián)構成信號發(fā)送回路。加熱器正常工作時，電流繼電器不勵磁，輔助觸點KA1斷開，報警信號回路不導通，此時無報警信號。

圖2 方案1工作原理圖

當某個加熱器回路因過熱或其他原因斷開時，會有電流流經電流繼電器，電流繼電器勵磁，輔助觸點KA1閉合，KC也在合位，導通信號告警回路。此時會給智能故障報警裝置一個開入信號，點亮面板上“加熱器故障”告警燈LD1，然后智能故障報警裝置通過20芯扁平電纜傳輸數(shù)據(jù)至故障報警繼電器，報警接點Q1閉合，同時給測控裝置一個加熱器故障的硬接點信號，測控裝置通過網(wǎng)線將報警信號傳至后臺，彈出報文并點亮伴熱帶故障的光字牌。

1.3.1.2 設計思路

三相加熱器正常工作時，沒有零序電流，電流繼電器不勵磁，不報警。當一相、兩相或三相不同時故障時會產生零序電流，在零序N相位置串聯(lián)的電流繼電器就會勵磁，其常開輔助觸點閉合導通信號發(fā)送回路，點亮面板告警燈，發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。但是三相加熱器同時故障斷線時，由于不存在零序電流，電流繼電器不勵磁，所以面板指示燈不會點亮，也不會發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。

1.3.1.3 方案優(yōu)點

利用單個繼電器實現(xiàn)了對三相加熱器的監(jiān)視，能夠檢測出一相、兩相斷線，三相不同時斷線的情況，且經濟性較好。

1.3.1.4 方案不足

（1）方案1的接線方式不能反映三相同時斷線的故障情況，存在監(jiān)視死區(qū)；

（2）發(fā)送故障報警信號后，無法直觀看出是哪相斷線，即不能就地選相，不便于及時更換故障伴熱帶，無法及時處理故障。

1.3.2 方案2

1.3.2.1 工作原理

方案2采用三相電流繼電器的方式（見圖3），即在每相加熱器回路采用一個電流繼電器，通過電流繼電器的常閉輔助觸點三相并聯(lián)后與電磁接觸器的常開輔助觸點串聯(lián)構成信號發(fā)送回路。加熱器正常工作時，電流繼電器三相都勵磁，輔助觸點均斷開，報警信號回路不導通，無報警信號。

圖3 方案2工作原理圖

當某個加熱器回路因過熱燒斷或其他原因斷開時，該相的電流繼電器就會失去勵磁，輔助觸點KA1、KA2、KA3就會閉合，KC也在合位，導通信號告警回路，報警接點Q1、Q2或Q3閉合，并給測控裝置一個硬接點信號，測控裝置將報警信號傳至后臺，彈出報文并點亮對應光字牌。

1.3.2.2 設計思路

三相加熱器正常工作時，三相的電流繼電器都勵磁，不報警。當一相、兩相或三相（同時或不同時）故障斷線時，對應故障相上的電流繼電器就會失去勵磁，其輔助觸點閉合導通信號發(fā)送回路，點亮面板告警燈，發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。

1.3.2.3 方案優(yōu)點

（1）方案2接線方式可反映一相、兩相或三相同時或不同時斷線的故障情況，不存在監(jiān)視死區(qū)；

（2）發(fā)送故障報警信號后，可通過面板告警燈實現(xiàn)就地選相，便于及時更換故障伴熱帶，提高了故障處理速度，減少了因伴熱帶故障導致罐體內SF6液化的可能。

1.3.2.4 方案不足

三相的每個支路均配置電流繼電器，成本高。

1.3.3 方案3

1.3.3.1 工作原理

方案3采用N+1相電流繼電器的方式（見圖4），即在N相和L1相的位置各設置一個電流繼電器，通過電流繼電器輔助觸點的組合，再與電磁接觸器輔助觸點串聯(lián)構成信號發(fā)送回路。加熱器正常工作時，電流繼電器KA1勵磁，常開輔助觸點閉合，常閉輔助觸點斷開；電流繼電器KA2不勵磁，常開輔助觸點斷開，常閉輔助觸點閉合，報警信號回路不導通，無報警信號。

圖4 方案3工作原理圖

（1）當L1相加熱器回路因過熱燒斷或其他原因斷開時，L1相電流繼電器失去勵磁，常閉輔助觸點KA1閉合，因此時有零序電流，電流繼電器勵磁，常開輔助觸點KA2閉合，KC也在合位，導通信號告警回路。此時點亮面板上“L1相加熱器故障”告警燈LD1，報警接點Q1閉合，發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。

（2）當三相相加熱器回路因過熱燒斷或其他原因斷開時，L1相電流繼電器失去勵磁，常閉輔助觸點閉合，因此時沒有零序電流，電流繼電器不勵磁，常閉輔助觸點KA2閉合，KC也在合位，導通信號告警回路。此時點亮面板上“三相加熱器故障”告警燈LD2，報警接點Q2閉合，發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。

（3）當L2相或L3相加熱器回路因過熱燒斷或其他原因斷開時，因此時有零序電流，電流繼電器勵磁，常開輔助觸點KA2閉合。因L1相無故障，所以電流繼電器處于勵磁狀態(tài)，常開輔助觸點閉合，KC也在合位，導通信號告警回路。此時會點亮面板上“L2/L3相加熱器故障”告警燈LD3，報警接點Q3閉合，發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。

1.3.3.2 設計思路

三相加熱器正常工作時，L1相的電流繼電器KA1勵磁，N相的電流繼電器KA2不勵磁，通過輔助觸點構成的信號回路沒有導通，不報警。當一相、兩相或者三相同時或不同時故障斷線時，通過電流繼電器輔助觸點的組合導通信號回路，點亮面板對應告警燈，并發(fā)送信號至監(jiān)控后臺。

1.3.3.3 方案優(yōu)點

（1）方案3的接線方式能反映一相、兩相或三相同時或不同時斷線的故障情況；

（2）故障報警后，可通過面板告警燈實現(xiàn)就地選相，便于及時更換故障伴熱帶，同時避免了因伴熱帶故障導致罐體內SF6液化的問題；

（3）和方案2對比，在實現(xiàn)在線監(jiān)測和就地選相功能的同時，經濟性比較好，節(jié)約了電流繼電器。

1.3.3.4 方案不足

當報“L2/L3相加熱器故障”時，需檢修人員到現(xiàn)場進一步確認故障相別。

1.3.4 方案的選擇

為了合理地進行方案評價，分別從方案的易用性、全面性、經濟性、安全性四個方面對方案進行評價，結果如表1所示。通過方案綜合分析對比評價，最終確定采用方案3，即“N+1相電流繼電器”方式。從方案的科學性、合理性及經濟性等方面考慮，方案3減少了繼電器的使用數(shù)量，降低了成本，又滿足了就地選相的要求，同時優(yōu)化了回路的設計。采用方案3的回路設計，既能反映多種類型的故障情況，又可通過面板告警燈就地選相判斷故障相別，縮小了故障的排查范圍，提高了更換處理故障伴熱帶的速度，減少了因伴熱帶故障導致罐體內SF6液化的概率，降低了事故發(fā)生的可能性。

表1 各方案評價結果

1.4 應用效果

該系統(tǒng)使用前，伴熱帶故障平均處理用時為350.6 min，使用后伴熱帶故障平均處理用時為116.8 min，大大縮短了故障處理時間。該系統(tǒng)自應用以來運行穩(wěn)定，安全可靠，提高故障處理速度的同時，減少了人員的戶外作業(yè)時間，保障了作業(yè)人員的人身安全，減少了SF6因低溫導致液化的概率，提高了設備的運行可靠性。

2 結語

設計的特高壓伴熱帶在線監(jiān)測系統(tǒng)在伴熱帶不正常工作時能夠及時發(fā)現(xiàn)、并輔助檢修人員判斷故障位置以便盡快處理，保證了特高壓變電站的安全穩(wěn)定運行。通過監(jiān)測系統(tǒng)的實際運用驗證了該系統(tǒng)的有效性和實用性。該監(jiān)測系統(tǒng)技術改造易實現(xiàn)，不破壞原回路，安全性高，值得推廣應用。